Zemin mekaniği, zeminlerin yük vb. etkiler altında davranışlarının ve özelliklerinin irdelendiği bir bilim dalıdır. İnşaat mühendisliğinin bu alt bilim dalını diğer bilim dallarından farklı kılan husus ise ampirik(deneysel) bir bilim dalı olmasıdır. Zeminin kıvamı, tane boyu dağılımı, su içeriği, boşluk oranı, kohezyon ve içsel sürtünme açısı gibi bazı değerler ampirik yaklaşımlar (deneyler) sonucu elde edilen parametre örneklerinden bazılarıdır. Örneklerden de görüldüğü gibi deneylerden elde edilen parametrik değerler zeminin tanınmasında önem teşkil etmektedir.

Bizde, bu yazımızda zemini tanımlamak ve sınıflandırmak amaçlı yapılan laboratuvar deneylerinin hangi amaçla yapıldığından ve deney sonucu elde edilen parametrelerin bize ne anlattığından bahsedeceğiz.

İçindekiler

1- Likit Limit ve Plastik Limit Deneyleri

Likit limit ve plastik limit deneyleri zeminin içerdiği su muhtevasına bağlı olarak kil, silt gibi ince daneli zeminlerin kıvamını belirlemek amacıyla yapılan deneylerdir. Bu deneylerden elde edilen su muhtevası sonuçları bize zeminin şekil değiştirebilme yeteneği hakkında fikir vermektedir.

Zeminin kıvamı 4’e ayrılmaktadır. Bunlar;

1-Katı

2-Yarı Katı Durum

3-Plastik Durum

4-Likid Durum

Likit limit deneylerinin en çok bilinenleri casagrande ve koni batma deneyleridir. Bu deneylerin sonuçları bize zeminin akıcı bir durumdan (likid durum) plastik duruma geçtiği kritik su muhtevası değerini vermektedir.

Plastik limit deneyinin sonucu ise bize zeminin plastik kıvamdayken sahip olduğu en düşük su içeriği değerini vermektedir.

2-Elek Analizi ve Hidrometre Deneyi

Betonda her nasıl betonu oluşturan malzemenin granülometrisine göre betonun dayanım vb. özellikleri değişiyorsa zeminde de zemini oluşturan malzemenin tane boyu dağılımına göre zemin farklı davranışlar gösterebilmektedir. Bundan dolayıdır ki zemini daha iyi tanıyabilmek adına Elek analizi ve Hidrometre deneyleri vasıtasıyla zeminin tane dağılım analizi yapılabilmektedir. Bu deneyin sonuçları bize zeminin yüzde kaçının kil, silt, kum ve çakıl olduğu bilgisini vermektedir.

Bu iki deney birbirlerinin tamamlayıcısı niteliğinde olup 0.063 mm elekten geçen zemin hidrometre deneyi sayesinde sınıflandırılırken eleğin üstünde kalan malzeme ise elek analizi yöntemiyle sınıflandırılmaktadır.

3-Permeabilite(Geçirimlilik) Deneyi

Zemin boşluklu bir yapıya sahip olmasından ötürü suyun akışına izin veren bir yapıya sahiptir. Zemin mekaniği problemlerinde de su akımları ile bir çok durumda karşılaşılmaktadır. Bu su akımlarının debisini veyahut miktarlarını belirleyebilmek adına yapılan deneylere de geçirimlilik deneyleri denilmektedir.

Geçirimlilik deneylerinden elde edilen parametrelerin asıl amacı suyun zemin içindeki hareketini veren bağıntıları elde etmektir. Bu bağıntılar bize;

Zeminin geçici akım şartlarındaki davranışını
Zeminin akım anında duraylılığını
Zeminin akım bölgesini
Zeminin sızıntı miktarı hakkında fikir vermektedir.

Laboratuvar ortamında zeminin geçirimliliği 2 şekilde elde edilmektedir. Bunlar;

1-Sabit Düzeyli Geçirimlilik

Çakıl ve kum gibi kalın taneli geçirimliliği yüksek olan zeminlerde sabit düzeyli deney düzeneği kullanılarak geçirimlilik katsayısı bulunmaktadır.

2-Düşey(Değişen) Düzeyli Geçirimlilik Deneyi

Kil ve silt gibi ince taneli geçirimliliği düşük olan zeminlerde ise düşey düzeyli deney düzeneği kullanılarak geçirimlilik katsayısı elde edilmektedir.

4-Kompaksiyon Deneyi

Zemin yapısı, doğası gereği boşluklu bir yapıya sahiptir. Zeminin boşluklu bir yapıya sahip olması ona basınç etkisinde sıkıştırılabilir madde olması özelliği katmaktadır. Bundan dolayı zemin yapımızın üstüne yapılan konut vb. yapılardan kaynaklı olarak zeminlerimizde oturma gibi problemler meydana gelebilmektedir.

Mühendislerin asli görevi olan sorun çözme ilkesi kapsamında problem meydana gelmeden çözebilmek adına zeminlerin üzerine yapı yapılmadan önce çeşitli yöntemler uygulanarak zemin yapımız sıkıştırılmaya çalışılmaktadır. Sıkıştırma yaparken dikkat edilmesi gereken en önemli husus ise maximum sıkıştırmayı yapabilmektir.

Kompaksiyon deneyinin amacı da zeminin hangi su muhtevası aralığında maximum sıkıştırmayı yapabileceğini bulmaktır. Başka bir deyişle kritik su muhtevası değerinde birim hacme sığabilecek maximum zemin ağırlığını (birim hacim ağırlığını) bulmaktır.

NOT: Zeminler içeriğindeki su miktarı arttıkça birim hacim ağırlığı dolayısıyla sıkışma miktarı belli bir noktaya kadar artmaktadır. Belli bir yerden sonra içeriğindeki su miktarı artmasına rağmen zemin birim hacim ağırlığı dolayısıyla sıkışma miktarı azalmaktadır. Buradaki amaç birim hacim ağırlığının yani sıkışma miktarının en çok olduğu su muhtevası değerini bulmaktır. Aşağıda bunla ilgili örnek bir grafik gösterilmektedir.

Zemin Mekaniği Laboratuvar Deneyleri — Kompaksiyon Grafik Örneği

Zemine Kompaksiyon Uygulamanın Avantajları Şunlardır :

Zemin yapısının mukavemeti artar
Zemin yapısının taşıma gücü artar
Zemin hacim değişimi engellendiğinden ötürü oturma problemleri azalır.
Zeminin permeabilitesi (geçirgenliği) azalır.

5-Konsolidasyon Deneyleri

Zeminler çeşitli boyuttaki tanelerden meydana gelen, boşluklu bir yapıya sahiptir. Bundan ötürü zeminin üstüne yapı yapılması vb. nedenlerden dolayı basınca maruz kaldığında taneler arası boşlukların azalması sonucu yapıda oturma vb. problemler meydana gelebilmektedir. Bu problemlerin yaşanmaması için yapı yapılmadan önce zeminde meydana gelebilecek olası oturma miktarlarının bilinmesi gerekmektedir.

Konsolidasyon deneyinin amacı da oturma vb. hesapların yapılmasında kullanılan sıkışma indisi, hacimsel sıkışma katsayısı, ön konsolidasyon basıncı ve OCR (Aşırı Konsolidasyon Oranı) gibi parametrelerin bulunmasıdır.

NOT: Konsolidasyon deneyi yapılırken önce artan sonra aynı şekilde azalan şekilde (Örn: 1 -2 – 4 – 8 – 4- 2 -1) yük yüklemeleri sonucu zeminde oluşan boşluk miktarları belirlenmektedir. Yüklemelerden kaynaklı oluşan basınç ve boşluk oranı grafiği çizilerek gerekli parametreler grafik üstünden bulunmaktadır. Aşağıdaki resimde bir konsolidasyon grafiği örneği görülmektedir.

6-Serbest, Kesme Kutusu ve Üç Eksenli Basınç Deneyleri

Zeminlerin yüklemeye maruz kalmaları sonucu zemin yapısında kayma gerilmeleri meydana gelmektedir. Oluşan kayma gerilmeleri, kayma direncinden fazla olması durumunda zemin yapısında kayma deformasyonları meydana gelmekte ve zemin kaymaktadır. Bu durumun engellenebilmesi adına zemin yapısının direnebileceği en büyük kayma gerilmesi değeri bilinmesi gerekmektedir.

Bu amaçla serbest basınç, kesme kutusu ve üç eksenli basınç deneyleri gibi zeminin kayma mukavemetini (direncini) veren deneyler yapılmaktadır. Örneğin üç eksenli basınç deneyi sonucu bulunan zemin içsel sürtünme açısı ve kohezyon parametreleri sayesinde zeminin kayma direnci hesaplanabilmektedir.